Elektrik Nəqlində HVAC və HVDC Arasında Fərqlər Nədir

İKK və İKD arasındakı Fərq

Elektrik stansiyalarında istehsal olunan elektrik enerjisi uzun məsafələr boyu elektrik altstansiyalarına çatdırılır, ondan sonra tükətənlərə paylanır. Uzun məsafələr boyu elektrik gücün çatdırılması üçün istifadə olunan qəbuledilmiş voltaj çox yüksəkdir və bu yüksək voltajın səbəblərini daha sonra araşdıraçaq. Buna qoşma olaraq, çatdırılan elektrik gücü həm də müxtəlif formda olabilir: dəyişən cürrənt (DC) və ya sabit cürrənt (AC). Bu səbəbdən, elektrik gücü İKK (Yüksək Voltajlı Dəyişən Cürrənt) və ya İKD (Yüksək Voltajlı Sabit Cürrənt) kimi çatdırılabilir.

Nəcə Nisbətdən Uzun Məsafələr Boyu Çatdırılma üçün Yüksək Voltaj Lazımdır?

Voltaj, xətti zədələri (transmiçiya zədələri) azalda bəlkədər rol oynayır. Elektrik gücün çatdırılması üçün istifadə olunan hər bir iletici material belə bir ohmlı müqavimətə (R) malikdir. Cürrənt (I) bu ileticilərdən keçdiyi zaman, termal enerji yaradılır, bu da asanca itirilən enerjidir və ya güc (P).

Ohm Qanunu nəzərə alındığında

Açığı kim ki, transmiçiyanın zamanı ileticidə itirilən enerjinin cürrəntə bağlı olduğuna görə, voltaja bağlı deyil. Amma, özəllikləndirilmiş təchizat ilə voltaj çevirilməsi vasitəsilə cürrəntin ölçüsüni dəyişdirə bilərik.

Voltaj çevirilməsi zamanı, güc saxlanılır və dəyişmir. Sadəcə voltaj və cürrənt eyni faktorla tərs orantılı olaraq dəyişir:

Məsələn, 220v voltajda olan 11KW gücdə 50 Amper var. Belə bir hallarda, transmiçiya xətlərinin zədələri

İndi voltajı 10 dəfə artıracaq. Eyni 11KW gücün voltajı 2200v və 5 Amper olacaq. İndi xətti zədələr

Gördüyünüz kimi, voltajın artırılması, transmiçiya xətlərindəki güc itiriləninin ciddi şəkildə azaldığını göstərir. Ona görə də, eyni miktardakı gücün çatdırılması üçün transmiçiya kablolarında cürrənti azaltmaq üçün voltajı artırırıq.

Cürrənt Savaşı (AC və DC)

1880-ci illərin sonunda, "Cürrənt Savaşı" adlandırılan dövrün içində, ilk olaraq elektrik gücünün çatdırılması üçün sabit cürrənt (DC) istifadə edildi. Amma, praktik voltaj çevirilmə təchizatının olmaması səbəbindən bu metod çox effektiv olmadığına qərar verildi - alternativ cürrənt (AC) inki, transformatorlar vasitəsilə asanlıqla artırıla və ya azalıla bilirdi. Erkən dərəcəli aşağı voltajlı DC elektrik stansiyaları, elektriği sadəcə neçə mil radiusunda təmin edə bilirdi; bu limitlərdən artıq voltaj ciddi şəkildə endirməyə meyillənirdi, bu da kiçik sahələrdə bir çox jenerasiya stansiyalarının tələb olunmasına səbəb olurdu - bu, çox maliyyəvi idi.

Uzun məsafələr boyu yüksek voltajlı DC transmiçiyanın AC-dən daha az zədələrə səbəb olması halına baxmayaraq, erkən DC sistemləri, uzun məsafələr boyu elektrik gücünün çatdırılması üçün yüksək voltajlı AC-ni DC-ə çevirmək üçün merkür yaylıqlarından (rectifiers) istifadə edirdi. Bu terminal cihazları, qalıq, bahalı və tez-tez təmir etməyə ehtiyac duyardı. Bununla qarşılaşdırıldığında, AC transmiçiyası, daha effektiv, ucuz və etibarlı olan transformatorlardan asılı idi, bu da o vaxt üçün uzun məsafələr boyu elektrik gücünün çatdırılması üçün AC-nin əsas seçimi olmasına səbəb oldu.

Yüksek voltajlı AC (İKK) və yüksək voltajlı DC (İKD) arasında seçim edərkən, bir neçə əsas faktor nəzərə alınmalıdır. Bu məqalə, bu faktorları detallı şəkildə araşdırır.

İKK və İKD

İKK (Yüksək Voltajlı Dəyişən Cürrənt) və İKD (Yüksək Voltajlı Sabit Cürrənt), uzun məsafələr boyu elektrik gücünün çatdırılması üçün istifadə olunan voltaj aralığına qaynar. İKD, tipik olaraq, ümumiyyətlə 600 km-dən (və ya daha çox) uzun məsafələr üçün üstünlük verilir, amma indiki gün hər iki sistem dünya ərzində geniş şəkildə istifadə olunur, hər biri özü üçün üstünlükləri və zərürətləri var.

Transmiçiya Xərcləri

Uzun məsafələr boyu elektrik gücünün çatdırılması üçün yüksək voltaj lazımdır, elektrik gücü terminal stansiyalar arasında, voltajın çevirilməsini idarə edən terminal stansiyalar arasında çatdırılır. Ümumi transmiçiya xərcləri, terminal stansiyaların xərcləri və transmiçiya xətlərinin xərcləri olaraq iki komponentə bölünür.

• Terminal Stansiyaları
  Terminal stansiyalar, transmiçiyanın üçün voltaj səviyyələrini çevirir. AC sistemləri üçün, bu əsasən transformatorlar vasitəsilə edilir, bu transformatorlar yüksək və aşağı voltajlar arasında keçiş edir. DC sistemləri üçün, terminal stansiyalar thyristor və ya IGBT bazlı konverterlərdən istifadə edərək DC voltaj səviyyələrini düzəldirlər.

  Transformatorların daha etibarlı və ucuz olması səbəbindən, AC terminal stansiyaları, DC terminal stansiyalarından daha ucuzdur, bu da AC voltaj çevirilməsinin daha ekonomik olduğunu göstərir.

• Transmiçiya Xətləri
  Xətt xərcləri, ileticilərin sayına və transmiçiya qüllələrinin dizaynına asılıdır. İKD sistemləri yalnız iki iletici tələb edir, İKK sistemləri isə üç və ya daha çox iletici (korona effektini azaltmaq üçün paketlənmiş ileticilər daxil olmaqla) tələb edir.

  AC transmiçiya qüllələri, İKD qüllələrinə nəzərən daha ağır mexaniki yükü dəstəkləməlidir, bu da onların daha qalın, daha uzun və daha geniş strukturlar tələb etməsinə səbəb olur. Xətt xərcləri məsafəyə görə artır, və 100 km başına İKK xətləri İKD xətlərinə nəzərən ciddi şəkildə daha bahalıdır.

• Ümumi Transmiçiya Xərcləri
  Ümumi xərclər, terminal xərcləri (məsafədən asılı olmayan sabit) və xətt xərcləri (məsafəyə görə dəyişən) tərəfindən müəyyənləşdirilir. Bu səbəbdən, transmiçiya sisteminin ümumi xərcləri, məsafənin artması ilə birgə artır.

Bərabərləşmə Məsafəsi

"Bərabərləşmə məsafəsi", İKK-in ümumi investisiya xərclərinin İKD-dən artıq olduğu transmiçiya məsafəsidir. Bu məsafə təxminən 400-500 mil (600-800 km) olur. Bu məhdudluğdan artıq məsafələr üçün İKD daha maliyyəvi olaraq effektiv seçimdir; qısalar məsafələr üçün İKK daha ekonomikdir. Bu əlaqə, yuxarıda göstərilən diaqramda vizual olaraq göstərilir.

Qidalanma

İKD, adətən nöqtədən nöqtəyə uzun məsafələr boyu çatdırılma üçün istifadə olunur, çünki orta nöqtələrdə gücün çəkilənməsi, yüksək DC voltajlarının azaldılması üçün pahalı konverterlər tələb edir. İKK, bununla qarşılaşdırıldığında, daha böyük qidalanmalıqdır: bir çox terminal stansiyalar, aşağı qiymətli transformatorlardan istifadə edərək yüksək voltajları azalda, xətt boyunda müxtəlif nöqtələrdə gücün çıxarılmasını imkanlı kılar.

Güç Zədələri

İKK transmiçiyası, korona zədələri, cilt effekti zədələri, radiasiya zədələri və induksiya zədələri daxil olmaqla bir neçə növ zədələrə səbəb olur, bu zədələr İKD sistemlərində kiçik və ya mövcud deyil:

• Korona Zədələri: Voltaj kritik limiti aşdıqda, ileticilərin ətrafındakı hava ionlaşır və enerji itirilən parlaqlar (korona dischargesi) yaradır. Bu zədələr frekvansa asılıdır - DC-nin sıfır frekvansı olduğu üçün, İKK korona zədələri İKD korona zədələrinə nəzərən təxminən üç dəfə daha yüksəkdir.

• Cilt Effekti Zədələri: AC transmiçiyasında, cürrəntin cəmiyyəti ileticinin səthində ən yüksəkdir və mərkəzində ən aşağıdır (cilt effekti), bu da cürrəntin axını üçün istifadə olunan effektiv kəsrəli sahəni azaldır. Bu, ileticinin direncini artırır və I²R zədələrini böyütmür. DC cürrənti, isə ileticinin bütün səthində ümumi olaraq paylanır, bu da bu effektin ortadan qaldırılmasına səbəb olur.

• Radiasiya və Induksiya Zədələri: İKK-nin dəyişən manyetik sahəsi, uzun transmiçiya xətlərini antenaya (geri qaytarılmayan enerji radiasiyası) və ya yaxın ileticilərdə cürrəntlər yaratmağa (induksiya zədələri) səbəb olur. İKD-nin sabit manyetik sahəsi, bu iki problemin hər ikisini həll edir.

Cilt Effekti

Frekvansa asılı olan cilt effekti, əksər AC cürrəntini ileticinin səthində akıta, mərkəzi istifadə olunmamış qaldır. Bu, ileticinin effektivliyini azaldır: daha böyük cürrəntlər çəkmək üçün İKK sistemləri, material xərclərinin artmasına səbəb olan daha böyük kəsrəli sahəyə malik ileticilərə ehtiyac duyar. İKD, cilt effektindən təsir almadığı üçün, ileticiləri daha effektiv istifadə edir.

Bu səbəbdən, eyni cürrənti çəkmək üçün İKK, daha böyük diametrli ileticilərə ehtiyac duyar, İKD isə kiçik diametrli ileticilər ilə bunu başa düşə bilir.

Kabel Cürrənti və Voltaj Reytinqləri

Kabellər, maksimum toleranlı voltaj və cürrənt reytinqləri ilə təsnif edilir. AC üçün, qrafik voltaj və cürrənt, ortalama dəyərlərinin (gerçek çatdırılan güc və ya DC dəyərlərinə uyğun) təxminən 1.4 dəfə daha yüksəkdir. İKD sistemləri isə, qrafik və ortalama dəyərləri eynidir.

Amma, İKK ileticiləri, qrafik cürrənt və voltaj üçün reytinqlənmiş olmalıdır, bu, onların taşımaları kapasitesinin təxminən 30%-ünü itirir. İKD isə, ileticilərin tam kapasitesindən istifadə edir, bu da eyni ölçülü ileticinin İKD sistemlərində daha çox gücü çatdırabiləcəyini göstərir.

Keçid Hüququ

"Keçid hüququ", transmiçiya infrastrukturuna lazımi olan torpaq koridorudur. İKD sistemləri, daha kiçik qüllələr və az ileticilər (DC üçün iki, üç fazlı AC üçün üç) səbəbindən dar keçid hüququ malikdir. Əlavə olaraq, AC insulatorları, qüllələrdə qrafik voltajlar üçün reytinqlənmiş olmalıdır, bu da onların izini artırır.

Bu dar koridor, material, tikinti və torpaq xərclərini azaldır, bu da İKD-nin keçid hüququ nüfuzunda üstünlüyünü göstərir.

Dənizaltı Elektrik Gücü Çatdırılması

Dənizaltı kabellər, paralel ileticilər arasında səciyyə kapasitansına malikdir. Kapasitans, voltaj dəyişikliklərinə reaksiya verir - AC-da (saniyədə 50-60 dövr) sabit, DC-da isə yalnız dəyişiklik zamanı baş verir.

AC kabelləri, daimi şəkildə şarjlanır və boşalır, bu, gücün qəbul edilən tərəfə çatdırılması öncəsində ciddi şəkildə itirilən enerjiyə səbəb olur. İKD kabelləri, yalnız bir dəfə şarjlanır, bu da belə zədələri ortadan qaldırır. Daha ətraflı məlumat üçün, dənizaltı kabel inşası, xüsusiyyətləri, quraşdırılması və bağlantıları haqqında məlumatlara baxın.

Güç Akımı İdarəedilməsi

İKK sistemləri, gücün akımını dəqiqləşdirə bilmez, İKD bağıntıları isə IGBT bazlı yarı-məhsul konverterlərdən istifadə edir. Bu kompleks konverterlər, dövrün bir neçə dəfəsində açıla bilər, sistemin güc dağılışını optimallaşdırır, harmonik performansı yaxşılaşdırır və tez həyəcan və təmizləməyə imkan verir - İKK-dən fərqli olaraq.

Asinkron Sistemlərin Birləşdirilməsi və Smart Şəbəkələr